## STUDY EKSPERIMENTAL PERILAKU ALIRAN FLUIDA PADA SAMBUNGAN BELOKAN PIPA
Hariyono, Gatut Rubiono, Haris Mujianto Universitas PGRI Banyuwangi, Jl. Ikan Tongkol 22 Banyuwangi Email: rubionov@yahoo.com

## ABSTRACT
Pipe  network  is  common  instalation  in  daily  life.  Elbow  is  a  component  in  pipe  network. This  research  is  aimed  to  get  fluida  flow  behavior  in  elbow.  The  experiment  is  conduct  with  fluid flow apparatus with number of elbows. The apparatus consist ¾ inch diameter of PVC pipe and a pump  which  generate  water  flow  and  pressure.  Volume  flow  rate  is  vary  by  valve  opening  which are ¼, ½, ¾ and full open. The flow rate is measured using flow meter and a stopwatch.This flow rate  is  used  to  get  Reynold  number.  The  pressure  before  and  after  elbow  are  measured  using  U tipe manometer. The measurement takes 5 times at 5 measurement points. The result shows that fluid  flow  tend  to  have  pressure  decreasing.  Much  elbow  number  caused  greater  pressure decreasing.  The  maximum  pressure  occur  at  Re  3049,60  at  first  point  measurement  which  is 592,52 kg/m 2 . The minimum pressure occur at Re 1532,45 at fifth point measurement which is 8,18 kg/m 2 .
Keywords: fluid flow, elbow, volume flow rate, Reynold

## I. PENDAHULUAN
Air dan bahan cair lain seperti minyak, bensin  adalah  kebutuhan  pokok  yang  bisa dikatakan  terpenting,  karena  kalau  kita perhatikan  dalam  kehidupan  hampir  semua atau  apapun  yang  akan  kita  lakukan  pasti akan  membutuhkan  yang  namanya  air. Dalam  pembahasan  ini  bagaimana  air  itu bisa  kita manfaatkan  secara  maksimal  untuk kebutuhan  masyarakat  umum.  Keberadaan air sangat berarti  di masyarakat. Kebutuhan- kebutuhan  ini  juga  menyangkut  penyediaan air  bersih  atau  air  minum  sampai  dengan kebutuhan di bidang industri.
Pada penelitian-penelitian sebelumnya telah meninjau berbagai topik yang berkaitan dengan gerakan fluida. Prinsip-prinsip aturan dasar  yang  menyangkut  massa,  momentum dan energi telah dikembangkan dan diterapkan,  dengan  meng-gunakan  asumsi- asumsi yang agak kasar pada banyak situasi aliran.  Perpindahan  fluida  (cairan  atau  gas) di  dalam  sebuah  saluran  tertutup  (biasanya disebut  sebuah  pipa jika  penampangnya bundar  atau  saluran duct jika  bukan)  sangat penting  di  dalam  kehidupan  sehari-hari. Perhatian sejenak pada keadaan di sekeliling kita  akan  menunjukkan  bahwa  terdapat banyak variasi penerapan dari aliran pipa. Penerapan  tersebut  mencakup  mulai dari  jalur  pipa  besar  Alaska  buatan  manusia yang  menyalurkan  minyak  mentah  hampir sejauh  800  mil  melintasi  Alaska,  sampai  ke sistem  pipa  alamiah  yang  lebih  kompleks (dan  pasti  tidak  kurang  kegunaannya)  yang menyalurkan darah ke seluruh tubuh kita dan
udara  keluar  masuk  paru-paru  kita.  Contoh- contoh  lain termasuk pula air pada pipa-pipa rumah dan sistem distribusi yang mengirimkan  air  dari  sumur  kota  ke  rumah- rumah.
Seiring  dengan  laju  perkembangan industri  dan  peningkatan  jumlah  penduduk berdampak  pada  semakin  meningkatnya kebutuhan  air  serta  instalasi  yang  semakin besar,  hal  ini  ditunjukkan  dengan  model instalasi  yang  menggunakan  banyak  selang- selang  dan  pipa-pipa  menyalurkan  fluida hidrolik  atau  fluida  lainnya  ke  berbagai komponen kendaraan-kendaraan dan mesin- mesin.  Sebuah  contoh  lain  adalah  dimana kualitas  udara  di  dalam  gedung-gedung dijaga  pada  tingkat  yang  nyaman  dengan distribusi  udara  yang  terkondisi  (dipanaskan, didinginkan, dilembabkan/ dikeringkan) melalui suatu jaringan pipa atau saluran duct yang  rumit.  Meskipun  sistem-sistem  ini berbeda, prinsip-prinsip mekanika fluida yang mengatur gerakan fluidanya adalah sama.
Instalasi  pipa  memiliki  komponen- komponen antara lain pompa, pipa, sambungan  dan    katup.  Tekanan  air  atau fluida  yang  mengalir  dihasilkan  oleh  kerja pompa.  Setiap  komponen  memiliki  dampak yang  berakibat  pada  kerugian  tekanan. Kerugian  tekanan  berarti  ada  energi  yang hilang.  Untuk  itu  referensi  atau  teori  yang berkaitan  dengan  desain  instalasi  pipa sangat diperlukan.
Helmizar, 2010 melakukan studi eksperimental pengukuran head losses mayor (pipa  pvc  diameter  ¾ ”)  dan head
losses minor (belokan knee 90° diameter ¾”) pada sistem instalasi pipa. Penelitian ini juga bertujuan  untuk  menentukan head  losses mayor pada  pipa  PVC  lurus  diameter  ¾ ” dengan  mencari  nilai  kekasaran.    Penelitian ini  juga  bertujuan  untuk  menentukan head losses  minor pada  pipa  PVC  lurus  diameter ¾  ”  dengan  mencari  nilai  koefisien  kerugian (K).  Hasil  penelitian  menunjukkan  nilai kekasaran rata-rata pada pipa PVC diameter 3/4  ”  adalah  sebesar  =  0,000562  dan koefisien head  losses  minor (K)  pada  knee (belokan)  pipa  PVC  diameter  3/4  ”  adalah sebesar K = 0,297920611.
Muchsin  dan  Rachmat Subagyo,  2011 meneliti  pengaruh  variasi  sudut  terhadap koefisien  kerugian  pada  percabangan  pipa, hal  ini disebabkan oleh separasi  yang terjadi pada  percabangan  pipa  mengakibatkan aliran  menjadi  turbulen,  sehingga  koefisien gesek  menjadi  tinggi  dan  menyebabkan penurunan  tekanan  yang  akan  berpengaruh pada  energi  yang  dibutuhkan  untuk  pompa. Hasil penelitian menunjukkan bahwa
Semakin  besar  bilangan  Reynolds  maka hambatan  aliran  akibat  percabangan  pipa akan berkurang. Perbedaan
hasil eksperimen  dengan  perhitungan  secara teoritis  adalah  sebesar  5%,  sedangkan dengan penelitian lain sebesar 12,72%.
Nugroho  AS  et  al  meneliti  tekanan  air dengan  metode  pipe  flow  expert  untuk  pipa berdiameter  1’,  ¾’,  ½’  di  instalasi  pemipaan rumah.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa semakin  besar  diameter  pipa  yang  dipasang pada  konstuksi  disain  yang  sama  akan menghasilkan  flow  semakin  besar,semakin kecil  diameter  pipa  pada  instalasi  konstruksi yang  sama  akan  menghasilkan  flow  yang kecil.
Kustanto  H,  Yunianto  J  meneliti pengaruh  variasi  diameter  pipa  hisap  pvc pada  sistem  perpipaan  tunggal  pompa sanyo.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa semakin  besar  diameter  pipa  isap  yang dipakai menjadikan debit aliran yang dihasilkan lebih banyak dan akan menurunkan faktor gesekan, sedangkan nilai kehilangan  energi/kerugian  head  angkat  dan kerugian  head  tekan  pada  aliran  pipa tersebut akan mengalami penurunan.
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan  perilaku  aliran  fluida  pada sambungan  belokan  pipa.  Perilaku  aliran yang  dimaksud  dalam  penelitian  ini  adalah besar  kerugian  tekanan  yang  disebabkan oleh sambungan belokan ( elbow ).

## II. TINJAUAN PUSTAKA Aliran Fluida Dalam Pipa
Aliran  fluida  di  dalam  sebuah  pipa mungkin  merupakan  aliran  laminar  atau aliran  turbulen.  Osborne Reynolds (1842- 1912),  ilmuwan  dan  ahli  matematika  Inggris, adalah orang yang pertama kali membedakan  dua  klasifikasi  aliran  ini dengan  menggunakan  sebuah  peralatan sederhana.  Untuk  laju  aliran  yang  cukup kecil,  guratan  zat  pewarna  (sebuah  garis- gurat)  akan  tetap  berupa  garis  yang  terlihat jelas  selama mengalir,  dengan  hanya  sedikit saja  menjadi  kabur  karena  difusi  molekuler dari  zat  pewarna  ke  air  di  sekelilingnya. Untuk  suatu  laju  aliran  sedang  yang  lebih besar,  guratan  zat  pewarna  berfluktuasi menurut waktu dan ruang, dan olakan putus- putus  dengan  perilaku  tak  beraturan  muncul di sepanjang guratan.
Sementara  itu,  untuk  laju  aliran  yang cukup  besar  guratan  zat  pewarna  dengan sangat  segera  menjadi  kabur  dan  menyebar di  seluruh  pipa  dengan  pola  yang  acak. Ketiga  karakteristik  ini,  yang  masing-masing disebut  sebagai  aliran laminar,  transisi dan turbulen . Kita tidak seharusnya menyebutkan besaran  berdimensi  sebagai  "besar"  atau "kecil"  seperti  "laju  aliran  yang  cukup  kecil". Untuk  aliran  pipa  parameter  tak  berdimensi yang paling penting adalah bilangan Reynolds , Re yaitu perbandingan antara efek inersia dan viskos dalam aliran.
Re = pVD/μ di  mana V adalah  kecepatan  rata-rata  di dalam  pipa.  Artinya,  aliran  di  dalam  sebuah pipa  adalah  laminar,  transisi  atau  turbulen jika  bilangan Reynolds nya  "cukup  kecil",
"sedang"  atau  "cukup  besar".  Bukan  hanya kecepatan  fluida  yang  menentukan  sifat aliran,  namun  kerapatan,  viskositas  dan diameter pipa juga sama pentingnya.
Parameter-parameter ini menghasilkan bilangan Reynolds .  Perbedaan  antara  aliran pipa
laminar dan turbulen dan ketergantungannya terhadap sebuah
besaran tak berdimensi yang sesuai pertama kali ditunjukkan oleh Osborne Reynolds pada tahun 1883.
Kisaran  bilangan Reynolds di  mana akan  diperoleh  aliran  pipa  yang  laminar, transisi  atau  turbulen  tidak  dapat  ditentukan dengan tepat. Transisi yang aktual dari aliran laminar  ke  turbulen  mungkin  berlangsung pada berbagai bilangan Reynolds , tergantung pada berapa besar afiran terganggu  oleh  getaran  pipa,  kekasaran  dari daerah masuk, dan hal-hal sejenis, lainnya.

## III. METODOLOGI PENELITIAN
1.  Variabel bebas :  Jumlah belokan 90 0  Variasi  debit  aliran  dengan  bukaan katup ¼, ½, ¾ dan bukaan penuh
2.  Variabel terikat :
Beda  tekanan  sebelum  dan  sesudah belokan  sambungan  di  5  titik  yang  diukur melalui beda tinggi manometer.
Gambar 1. Sirkuit Fluida
IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN Debit dihitung dengan rumus:

## Q = waktu volume
Contoh  untuk  data  bukaan  katup  ¼, pengambilan data ke 1  dimana :
volume = 100 ml waktu = 7,75 detik Sehingga :
Q = 75 , 7 100 = 12,90 ml/dt
Dengan cara yang sama dilakukan
perhitungan untuk debit yang lain.
Selanjutnya  dilakukan  perhitungan  nilai  rata- rata  debit.  Contoh  perhitungan  nilai  debit rata-rata untuk bukaan katup ¼ : Q rata-rata =
5 05 , 11 15 , 11 09 , 11 72 , 12 90 , 12     = 12,24 ml/dt
Tabel 1. Debit Rata-Rata Bukaan katup Debit (ml/dt) Rata-rata ¼ 12,90  12,72  11,09  11,15  11,05  12,24 ½ 22,17  20,70  21,65  21,88  21,55  21,51 ¾ 23,53  23,75  23,20  23,42  23,98  23,49 Penuh 24,04  24,57  24,45  25,00  24,04  24,35
Bilangan  Reynold  dihitung  dengan rumus sebagai berikut :
  D V  Re
Dimana :  =  rapat jenis (kg/m3) untuk air = 1000 V = kecepatan aliran (m/dt), D = diameter pipa saluran (m),  = viskositas kinematik (m2/dt)
untuk air = 8,01 x 10 -6
Contoh untuk data bukaan katup ¼:
Q = V x A atau V = A Q
Dimana : Q = debit A = luas penampang pipa Diameter pipa sebesar ½ inchi sehingga :
D = ½ x 100 54 , 2 = 0,0127 m Sehingga luas penampang : A = ¼ x 3,14 x D 2 = ¼ x 3,14 x 0,0127 2 = 0,000127 m 2
Kecepatan aliran :
V = 000127 , 0 24 , 12 = 0,000097 m/dt Bilangan Reynoldnya : 6 10 01 , 8
0127 , 0 000097 , 0 1000 Re      = 1532,45
Tabel 2. Bilangan Reynold Bukaan katup Re ¼ 1532,45 ½ 2693,27 ¾ 2942,15 Penuh 3049,60
Tekanan dihitung dengan rumus: P =  g h Dimana :  =  rapat jenis (kg/m3)
g = konstanta gravitasi = 9,8 m/dt2 h = beda tinggi manometer
Contoh perhitungan untuk data Re 1532,45 :
P = 1000 x 9,8 x 5/1000
= 45,78 kg/m 2 Tabel 3. Tekanan Re Tekanan (kg/mm2) 1 2 3 4 5 1532,45 45,78 31,72 20,60 15,70 8,18 2693,27  302,48  237,08  153,69 99,41 49,05 2942,15  562,44  500,31  366,24  297,57  217,46 3049,60  592,52  493,77  389,13  312,29  235,44
Kerugian head akibat gesekan dihitung dengan persamaan Darcy-Weisbach yaitu:
g D V L f H f 2 2  Dimana :
f = koefisien gesek = 64/Re L = panjang pipa (m)
V = kecepatan aliran (m/dt)
D = diameter pipa (m)
g = konstanta gravitasi (m/dt2)
Contoh perhitungan untuk Re = 1532,45 :
8 , 9 2 0127 , 0 000097 , 0 00 , 1 0418 , 0 2     f H = 0,000000016 m Gambar 2. Grafik Tekanan Berdasarkan Titik Pengukuran 0 100 200 300 400 500 600 1 2 3 4 5 Tek a n a n ( k g /m 2 ) Titik Pengukuran 1532,45
2693,27 2942,15 3049,60
Grafik  pada  gambar  2  menunjukkan bahwa semakin besar atau semakin jauh titik pengukuran maka tekanan cenderung semakin  menurun.  Tekanan  maksimum terjadi  pada  variasi  Re  3049,60  pada  titik
pengukuran  ke  1  sebesar  592,52.  Tekanan minimum  terjadi  pada  variasi  Re  1532,45 pada  titik  pengukuran  ke  5  sebesar  8,18 kg/m 2 .
Gambar 3. Grafik Tekanan Berdasarkan Bilangan Reynold
Grafik  pada  gambar  3  menunjukkan bahwa  semakin  besar  bilangan  Reynold maka    tekanan  cenderung  semakin  besar pula. Tekanan maksimum terjadi pada variasi
Re  3049,60  pada  titik  pengukuran  ke  1 sebesar  592,52.  Tekanan  minimum  terjadi pada variasi Re 1532,45 pada titik pengukuran ke 5 sebesar 8,18 kg/m 2 .
Gambar 4. Grafik Re vs H f
Grafik  pada  gambar  4  menunjukkan bahwa  semakin  besar  bilangan Reynold maka  maka  kerugian  gesek  cenderung semakin  besar.  Kerugian  gesek  maksimum terjadi  pada  variasi  Re  3049,60  pada  titik pengukuran  ke  5  sebesar  0,0000000069.
Kerugian
gesek minimum terjadi
0,0000000016.
Grafik  hasil  perhitungan  menunjukkan bahwa semakin besar atau semakin jauh titik pengukuran maka tekanan cenderung semakin menurun. Hal ini disebabkan karena Titik  pengukuran  berada  pada  belokan
0 100 200 300 400 500 600 1532.45 2693.27 2942.15 3049.60 Tek a n a n ( k g /m 2 ) Re 1 2 3 4 5 0.000000000 0.000000005 0.000000010 0.000000015 0.000000020 0.000000025 1 2 3 4
5 1532,45 2693,27 2942,15 3049,60
sambungan  pipa.  Pada  belokan  ini  terjadi gesekan  air  dengan  dinding  pipa.  Gesekan ini  menyebabkan  terjadinya  energi  yang hilang  dalam  bentuk  tekanan.  Kehilangan  ini menyebabkan  penurunan  tekanan  aliran tersebut. Grafik hasil
penelitian juga menunjukkan bahwa semakin besar bilangan Reynol maka  tekanan  cenderung  semakin besar  pula.  Hal  ini  disebabkan  karena bilangan Reynold yang besar maka kecepatan  juga  semakin  besar.  Kecepatan aliran besar berarti kerugian karena gesekan dengan  dinding  kecil  maka  penurunan tekanan  kecil.  Pembahasan  2  alinea  di  atas dihubungkan dengan grafik hasil perhitungan besar kerugian gesek Hf.
Dari  pembahasan  di  atas  maka perilaku  aliran  fluida  pada  sambungan belokan  pipa  adalah  terjadi  penurunan tekanan  dimana  tekanan  sebelum  belokan lebih  besar  dari  pada  sesudah  belokan. Kerugian  gesek  cenderung  semakin  besar jika  kecepatan  aliran  atau  bilangan Reynold juga bertambah besar.

## V. KESIMPULAN DAN SARAN
1.  Perilaku aliran fluida disambungan belokan  pipa  adalah  terjadi  penurunan tekanan.
2.  Gesekan  fluida  dengan  dinding  pipa menyebabkan penurunan tekanan.
3.  Semakin  banyak  belokan  pada  sistem pemipaan menyebabkan turunnya tekanan  pada  fluida  yang  mengalir didalamnya.
4.  Perubahan  bilangan  reynold  pada  aliran fluida  dapat  menyebabkan  perubahan pada aliran fluida.
5.  Tekanan  maksimum  terjadi  pada  variasi Re  3049,60  pada  titik  pengukuran  ke  1 sebesar 592,52. Tekanan minimum terjadi pada  variasi  Re  1532,45  pada  titik pengukuran ke 5 sebesar 8,18 kg/m 2 .
Untuk  penelitian  selanjutnya  dapat dicoba  pada  variasi  besar  sudut  sambungan atau variasi diameter pipa.

## DAFTAR PUSTAKA
Helmizar, 2010, Studi Eksperimental Pengukuran Head Losses Mayor (Pipa
Pvc  Diameter  ¾’’)  dan  Head  Losses Minor (Belokan Knee 90 o Diameter ¾’’) Pada Sistem Instalasi Pipa . Universitas Bengkulu.
Jamaludin,  2008. Uji  Kerugian  Gesek  Aliran Fluida  Pasa  Piipa  Bentuk  Lingkaran Dengan  Tekanan  Statis . Universitas Negeri Makasar
Kustanto  H,  Yunianto  JP, Kajian  Pengaruh
Variasi  Diameter  Pipa  Hisap  PVC Pada Sistem Perpipaan Tunggal Pompa  Sanyo ,  Teknik  Mesin  AT Warga Surakarta.
Munson,  Bruce  R.,  Young,  Donald  F.,  and Okiishi,  Theodore  H.  2003. Mekanika Fluida, Jilid 2. Jakarta : Erlangga.
Muchsin, Subagyo R, 2011 . Kaji Eksperimental Koefesien Kerugian Pada  Percabangan  Pipa  Dengan Sudut  45 0 ,  60 0 dan  90 0 . Universitas Tadolaku, Palu.
Nugroho  AS,  Palmiyanto  MH,  Nusantoro AEB, Analisa  Tekanan  Air  Dengan Metode  Pipe  Flow  Expert  Untuk  Pipa Berdiameter  1’,  ¾’,  ½’  Di  Instalasi Pemipaan  Rumah ,  Jurusan  Teknik Mesin AT Warga Surakarta.
Sumarli.  2008. Pola  Aliran  Dan  Penurunan Tekanan  Pada  Aliran  Dua  Fase  Gas- Cair  Melewati Pengecilan  Pipa Secara
Mendadak . Universitas Negeri Malang. Zainudin,  I  Made  Adi  Sayoga,  I  Made Nuarsa. 2012. Analisa Pengaruh Variasi  Sudut  Sambungan  Belokan Terhadap  Head  Losses  Aliran  Pipa . Universitas Mataram.